【正文】 在這里請(qǐng)接收我真心的謝意。 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)大學(xué)三年所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié)，形成了完整的知識(shí)體系， 構(gòu)成了一個(gè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)， 拓展了知識(shí)面 。雖然過(guò)程很繁瑣，但我覺(jué)得很充實(shí)。安全系數(shù) K = K1K2K3K4。 （ 3） 傳動(dòng)組 c 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 查表 , ic1 = 2， ic2 = 1/4 ic1 = 2時(shí)： Sz =?? ,10 10 10 10 10 110?? ic2 = 1/4時(shí)： Sz =?? ,10 10 10 10 10 10 110?? 可取 Sz =105. ic1 = 2為升速傳動(dòng)，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為 35。電動(dòng)機(jī)軸與軸Ⅰ之間為帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比接近 1 2? = 1 φ2? 。電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速也應(yīng)在電動(dòng)機(jī)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 軸上注明。 (2)分配總降速傳動(dòng)比 總降速比為 30/1320=1/44,考慮是否需要增加定比傳動(dòng)副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動(dòng)比。方案 d 和 f， x2 = 4,p2 =3,R2 = φ4(3?1) = φ8 = 16 Rmax， 是不可行的?？赡艿牧N方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見(jiàn)下圖。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪，剛會(huì)增加軸向尺寸，如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。切削力的平均誤差均在 4%左右，最小誤差不到 1%；最大誤差為 %。 切削溫度隨著切削深度的增加而增大，但是溫度增 加的不是十分明顯。其原因是：當(dāng)切削速度提高時(shí)，單位時(shí)間的金屬切除率成正比增多，刀具與工件及切屑間的摩擦加劇，消耗于切削層金屬變形和摩擦的功增加，因而產(chǎn)生大量的切削熱。切削熱主要有兩個(gè)來(lái)源，在刀具的切削作用下，切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形，這是切削熱的一個(gè)來(lái)源。當(dāng)?shù)毒叱跏记腥霑r(shí)，材料的塑性變形隨著刀具的向前推進(jìn)而不斷增大，刀．屑接觸長(zhǎng)度進(jìn)一步增加，摩擦力逐步增大，并開(kāi)始產(chǎn)生摩 擦熱，剪切帶也逐漸成形，切削力不斷增大。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 4 章 仿真分析 概述 材料的切削性能是多方面的，相應(yīng)地其評(píng)價(jià)指標(biāo)也有很多種。因此，在金屬切削加工過(guò)程中，工件以及切屑和刀具接觸是動(dòng)態(tài)變化的。 采用已有的材料本構(gòu)模型只能在一定程度上反映切削模擬的真實(shí)性，本文中使用的就是 DEFORM3D 材料庫(kù)中自帶的 Ti 6Al4V。 如 果由 其 它網(wǎng) 格 劃分 工 具 劃分 好 的模 型 輸入 到DEFORM3D 中，將不能重劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格嚴(yán)重扭曲，在進(jìn)行等參變換時(shí)將使雅克比 (Jocbaiml)行列式的值出現(xiàn)零或負(fù)值，使計(jì)算難以進(jìn)行下去。在本仿真中切削條件的可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置(圖 33)。 DEFORM3D 延續(xù)了 DEFORM 系統(tǒng)幾十年來(lái)一貫秉承的力保計(jì)算準(zhǔn)確可靠的系統(tǒng)。 (4)材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類(lèi)型。適用于熱、冷、溫成形，包括鍛造、擠壓、徽粗、軋制、自由鍛、彎曲、機(jī)械加工和其它成形加工手段。一般有載荷和邊界條件的地方，單元?jiǎng)澐值拿芤恍?，而結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定和牢固的地方，單元?jiǎng)澐值南∈枰恍Ｓ捎阝伒幕瘜W(xué)活性大，在高的切削溫度下 ，容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮。另外對(duì)比圖 21 與 22 可以看出切削深度對(duì)切削力大小的影響要比進(jìn)給量大，這是由于切削深度或進(jìn)給量增加時(shí)，切削面積增大，彈塑性變形總量增加，從而使切削力增大。在正交試驗(yàn)中，試驗(yàn)樣本不是隨即選取的，而是按照正交表來(lái)選取和安排的，使得每一個(gè)影響因素的不同水平的試驗(yàn)次數(shù)相同，且和不同因素的各水平相遇幾率相等。因此本文選擇了 YG6X 刀片。 鈦制品應(yīng)用勢(shì)頭發(fā)展迅猛的另一行業(yè)是汽車(chē)業(yè)。鈦無(wú)毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料。 車(chē)削鈦合洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 金時(shí)，有時(shí)前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重。在相同的切削條件下，切削溫度可比 45 號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上。鈦的化學(xué)親和性也很大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。鈦合金的強(qiáng)度近于普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。 (3) α +β 相鈦合金 (用 TC 表示 ) 它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 金強(qiáng)化。鈦的質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐熱性好，同時(shí)它的化學(xué)活性高，易與空氣中的氮、氧、氫化合。本文選出對(duì)切削加工過(guò)程中影響比較大的幾個(gè)參數(shù)切削深度ap、進(jìn)給量 f 以及切削速度 v 進(jìn)行研究 。因此，研究鈦合金切削過(guò)程中切削力、表面粗糙度、切削溫度、刀具磨損和切屑形態(tài)控制等切削機(jī)理的變化對(duì)提高鈦合金加工效率，降低加工成本具有重要的意義。目前，有限元法在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)和電磁學(xué)等許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。對(duì)于鉆頭、立銑刀、鉸刀等形狀復(fù)雜制造困難的刀具常使用牌號(hào)為 W2Mo9Cr4VCo W12Cr4V4Mo 等 高性能高速鋼刀具來(lái)低速切削鈦合金。世界上許多國(guó)家如美國(guó)、日本、俄羅斯以及中國(guó)等都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，并相繼對(duì)其進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中。 本文對(duì)鈦合金的切削性能進(jìn)行了研究。金屬切削過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，切削工藝主要是通過(guò)刀具在材料表面切除多余的材料層來(lái)獲得理想的工件形狀、尺寸以及表面光潔度的機(jī)械加工方法。 早在上世紀(jì)五六十年代，美國(guó)、英國(guó)、日本以及前蘇聯(lián)就圍繞鈦合金加工刀具壽命、切削力、表面完整性、切屑形成和切削溫度等開(kāi)展了大量的研究工作。 對(duì)切削溫度場(chǎng)的科學(xué)研究有理論研究和試驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)方面。當(dāng)前，在我國(guó)工程界比較流行，被廣泛使用的大型有限元分析軟件有 MSC／Nastran、 Ansys、 Deform、 Marc、 Adina 和 Algor 等。目前，鈦合金切削的研究越來(lái)越多的集中在高速切削等特殊加工方法上。同時(shí)鈦合金加工難易的程度是由切削力和溫度的大小、刀具的磨損、表面粗糙度和切屑排出難易程度來(lái)衡量。 鈦及鈦合金具有耐腐蝕、比強(qiáng)度高等突出優(yōu)點(diǎn)而被稱(chēng)作“太空金屬”或“海洋金屬”，目前的金屬工業(yè)產(chǎn)量上，鐵達(dá)到 7 億噸，鋁約 l 萬(wàn)噸，銅和不銹鋼各為 1000 萬(wàn)噸，鈦產(chǎn)量卻不足 1 萬(wàn)噸，所以說(shuō)鈦是一種尚未成熟的年輕金屬，它很有希望成為繼鐵、鋁之后的第三種實(shí)用金屬，開(kāi)發(fā)利用前景十分廣闊。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高 50%~100%。因此鈦合金的比強(qiáng)度 (強(qiáng)度 /密度 )遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，因此可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)量輕的零部件。 鈦合金材料還具有其他一些特性，如：導(dǎo)熱性差，其導(dǎo)熱系數(shù)約為 Ni的 1/4， Fe 的 1/5， Al 的 1/14，在切削過(guò)程中會(huì)致使刀具切削刃的溫度大洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 幅上升，刀具磨 損加快，使用壽命縮短；彈性模量小，其彈性模量為107． 8GPa，約為鋼的 1/2，在切削過(guò)程中，由于切削力的作用，會(huì)使鈦合金發(fā)生變形，刀具后面與發(fā)生回彈的已加工表面產(chǎn)生劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的溫度。 (3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時(shí)約小 20％，由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。進(jìn)給量 f，磨損主要發(fā)生在后刀面上，當(dāng) f，前刀面將出現(xiàn)磨損。鈦及其合金憑借優(yōu)良的綜合性能，成為人工關(guān)節(jié) (髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關(guān)節(jié)等 )、骨創(chuàng)傷用品 (髓內(nèi)釘、托板、螺釘?shù)?)、脊柱矯形內(nèi)固定系統(tǒng)、牙種植體 、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫(yī)用內(nèi)植入產(chǎn)品的首選材料。目前，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 門(mén)、連桿、曲軸、排氣管、懸簧、消音器、車(chē)體和緊固件等，都用上了鈦或鈦合金。 實(shí)驗(yàn)方案 由于切削力是切削加工需要研究的主要對(duì)象，本文首先對(duì)切削力進(jìn)行單因素切削實(shí)驗(yàn)。 這個(gè)試驗(yàn)是在干切削的狀態(tài)下進(jìn)行的，根據(jù)車(chē)削的影響因素，與機(jī)床的情況選擇了 3 個(gè)因素 4 個(gè)水平，對(duì)切削力進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)切削深度增加一倍時(shí)，切削力約增加 45％，而當(dāng)進(jìn)給量增加一倍時(shí)，切削力只增加 25％～ 34％。再加上切削過(guò)程中的塑性變形造成的表面硬化，低速下塑性變形嚴(yán)重，所以隨著切削速度的進(jìn)一步提高，鈦合金的加工硬化現(xiàn)象取代高溫軟化而成為主導(dǎo)因素，所以在 50m/min～ 80m/min 切削速度范圍內(nèi)，切削力表現(xiàn)出隨切削速度增加而增加的現(xiàn)象。檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪莿澐謫卧院?，檢驗(yàn)一下網(wǎng)格中的每一個(gè)單元是否畸變，特別是人工生成法劃分的單元，容易發(fā)生網(wǎng)格畸變。提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)，如：材料流動(dòng)、切削應(yīng)力、模具填充、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、 晶粒流、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等。 (5)實(shí)體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨(dú)求解，也可以藕合在成形模擬中進(jìn)行分析。在最近的國(guó)際范圍復(fù)雜零件成形模擬招標(biāo)演算中， DEFORM3D 的計(jì)算精度和結(jié)身可靠性，被國(guó)際成形模擬領(lǐng)域公認(rèn)為第一。最終生成圖 34 所示的仿真模型。另外，利用塑性有限元分析金屬塑性加工問(wèn)題時(shí)，由于網(wǎng)格的畸變，邊界網(wǎng)格有時(shí)會(huì)與刀具表面出現(xiàn)交叉現(xiàn)象 。 切屑的分離標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定 與一般的塑性成型不同，切削加 工 是一個(gè)使被加工材料不斷產(chǎn)生分離的 過(guò)程。 速度邊界條件的確定 切削加工時(shí)，刀具是固定的，工件旋轉(zhuǎn)，但在我們的有限元模擬中，我們只是截取工件很短的一部分來(lái)模擬。在工件發(fā)生塑性變形過(guò)程的任一瞬時(shí)，工件外表面可以分為自由表面和接觸表面兩個(gè)部分，自由表面上的質(zhì)點(diǎn)由于塑性變形會(huì)與刀具表面接觸，而接觸表面質(zhì)點(diǎn)也可能會(huì)與刀具表面分離。在眾多指標(biāo)中，切削力、切削溫度是反映材料切削性能的主要指標(biāo)，在科研生產(chǎn)中也是最為常用的，特別是在鈦合金的切削中，這幾個(gè)指標(biāo)尤為重要。當(dāng)切屑開(kāi)始成形以后，刀、 屑之間的接觸長(zhǎng)度基本不在變化，切屑不斷平穩(wěn)地產(chǎn)生和流動(dòng)，切削力也就趨于穩(wěn)定，不再線性增加，切削過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段。同時(shí)切屑與前刀面，工件與后刀面之間消耗的摩擦功，也將轉(zhuǎn)化為熱能，這是切削熱的另外一個(gè)來(lái)源。由于第一變形區(qū)和第二變形區(qū)的熱量向工件和切屑內(nèi)部傳導(dǎo)需要一定的時(shí)間，因此，切削速度增大使切削熱大量地積聚在切屑底層而來(lái)不及傳導(dǎo)出去，從而使切削溫度升高。這是由于當(dāng)切削深度增加時(shí)，產(chǎn)生的熱量成比例的增加，使切削溫度上升；但隨著切削深度的增加，散熱面積也成比例的增加，所以切削深度對(duì)切削溫度的影響不大。除去硬件的原因和人為的操作誤差，這個(gè)結(jié)果是完全可以接受的。所以一般少用。在這些方案中，可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。 在可行的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案 a、 b、 c、 e 中， 還要進(jìn)行比較以選擇最佳方案。然后，將總降速傳動(dòng)比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動(dòng)比。 中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從電動(dòng)機(jī)軸開(kāi)始往后推，也可以從主軸開(kāi)始往前推。 最后，在圖上補(bǔ)足各連線，就可以得到如圖 52那樣的轉(zhuǎn)速圖。 ic2 = 1/4為降速傳動(dòng)，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為 21； 于是得 得軸Ⅲ兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為 70,21；得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為35,84。 其中： K1為基本安全系數(shù) ； K2為加工性質(zhì)系數(shù) ； K3為刀具鈍化系數(shù) ； K4為斷續(xù)切削系數(shù) 。 在收集有限元分析資料的過(guò)程中，使我學(xué)到了許多大學(xué)課本以外的知識(shí)，開(kāi)闊了 有限元領(lǐng)域的眼界，深刻認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)的淺薄。 為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 作為機(jī)制七班的一員，同班同學(xué)在生活和學(xué)習(xí)上的互助，使我有了一個(gè)充實(shí)的大學(xué)時(shí)光。 大學(xué)三年內(nèi)，得到了很多老師的教誨和幫助，他們?yōu)槲掖蛳铝藱C(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，傳授我 做人準(zhǔn)則。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，雖然課本的知識(shí)都能注 意到，但和工廠在使用的夾具相比，還是感覺(jué)自己設(shè)計(jì)的夾具過(guò)于簡(jiǎn)單，夾緊裝置還是手動(dòng)夾緊，不能有效提高 勞動(dòng)生產(chǎn)率，不能確定夾具在實(shí)際工作中所有可能出現(xiàn)的磨損情況，不能確定夾具的使用周期。每天查閱各種 文獻(xiàn)、 資料， 收集很多有關(guān)有限元分析的例子， 運(yùn)行 DEFORM3D 軟件， 坐在電腦面前畫(huà) CAD 圖。 在本次夾具中， 夾緊力主要受切削分力 Fc的影響， 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 Fc = CFcapxFcfyFcvFcKFc 其中： CFc = 2795 , xFc = , yFc = , nFc = ? , ap = , f =, vc = 45, KFc = 所以 Fc = 2795 45? = （ N） 在計(jì)算切削力時(shí)，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 于是 可得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為： 4 65。 同理，對(duì)于軸可取 ia1 = 11, ia2 = 1φ2 = 12, ia3 = 1φ = 這樣就確定了軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為 660r/min。注明主軸的各級(jí)轉(zhuǎn)速。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇 Y132M26，其同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min。即 Rn = φxn(pn?1) ≤ Rmax 圖 51 中，方案 a、 b、 c、 e 的第二擴(kuò)大組 x2 = 6,p2 = 2,則 R2 = φ6(2?1) = = ,則 R2 = = 8 = Rmax，是可行的。 （ 2） 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 在 12=3 2 2 中，又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有